基于FPGA和USB 2．0的數(shù)字圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

將要初始化的寄存器地址以及所要設(shè)置的值直接存放于parameter定義的參數(shù)中；在上電時(shí)，通過I2C程序?qū)⑦@些寫到OV7620當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)圖像傳感器的初始化工作。

3 CY7C68013A芯片SLAVE FIFO模式固件編寫
由于系統(tǒng)用于圖像的采集，具有數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性要求高的特點(diǎn)，因此采用USB 2．0接口，以便能滿足實(shí)時(shí)，高速的數(shù)據(jù)傳輸。為了達(dá)到最快的傳輸速率，使用SLAVE FIFO模式，在該模式下，USB芯片的數(shù)據(jù)傳輸不需要8051的參與，便于大量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸，在這種模式下需要有一個(gè)外部的控制時(shí)序，而FPGA恰能提供相關(guān)的時(shí)序，同時(shí)為了能夠與圖像數(shù)據(jù)同步，采用外部輸入時(shí)鐘，同步傳輸方式，采用8位數(shù)據(jù)傳輸。在該應(yīng)用中，寄存器EP2CFG配置了端點(diǎn)2作為IN端點(diǎn)傳輸FPGA來的數(shù)據(jù)至上位機(jī)，寄存器EP2FIFOCFG使能自動(dòng)傳輸；寄存器EP6CFG配置端點(diǎn)6為OUT端點(diǎn)，寄存器EP6FIFOCFG使能自動(dòng)傳輸；并在寄存器FIFOPINPOLAR中設(shè)置了端點(diǎn)的滿標(biāo)志為高電平有效，這是由于在剛上電下載完FPGA程序后，F(xiàn)PGA即對圖像進(jìn)行采集并存儲(chǔ)至SRAM當(dāng)中，而上電時(shí)FPGA的引腳默認(rèn)為高電平，如果沒有設(shè)置高電平為EP2的滿有效，則在下載USB固件之前FPGA會(huì)誤認(rèn)為是USB的端點(diǎn)一直處于非滿狀態(tài)而一直傳送數(shù)據(jù)，這樣，在下載完USB固件后，主機(jī)端所得到的圖像就不能保證它是從一幀圖像的第一個(gè)數(shù)據(jù)開始傳輸而是與下一幀的圖像有一定的錯(cuò)位。在設(shè)置EZ-USB FX2LP為SLAVE FIFO模式的過程大致是：配置IFCONFIG[1：0]=11，先把SLAVE FIFO模式；復(fù)位相應(yīng)端點(diǎn)，即使用FIFOREST寄存器；配置所要用的端點(diǎn)大小，類型，以及傳輸方向，使用EPxCFG，式中x代表2，4，6，8；設(shè)置各端點(diǎn)的空標(biāo)志，滿標(biāo)志和可編程標(biāo)志值，使用PINFLAGAB和PINFLAGCD寄存器；配置是否使能自動(dòng)傳輸以及傳輸?shù)奈粚?，使用EPxFIFOCFG，式中x代表2，4，6，8；本應(yīng)用中的USB固件程序的部分代碼如下：


4 FPGA對圖像數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)及對USB的傳輸控制
4．1 FPGA對圖像的采集控制
FPGA對圖像的采集控制是通過OV7620的VSYNC，HREF，PCLK三個(gè)源同步時(shí)序信號來對圖像進(jìn)行采集。首先是在1個(gè)狀態(tài)機(jī)中檢測VSYNC信號，當(dāng)VSYNC的高電平來臨時(shí)，初始化所有的內(nèi)部寄存器，包括SRAM的地址寄存器，SRAM的寫控制信號，數(shù)據(jù)總線讀寫方向的選擇信號，USB的寫使能信號，內(nèi)部計(jì)數(shù)寄存器等；等VSYNC來臨之后，表示新的一幀開始了，接下來等待圖像的行信號使能來臨，當(dāng)HREF到來之后，就可以將圖像的數(shù)據(jù)寫進(jìn)SRAM當(dāng)中了，這個(gè)寫過程需要兩個(gè)CLK，在第一個(gè)時(shí)鐘周期中更改SRAM的寫地址，第2個(gè)CLK周期將連接在數(shù)據(jù)總線上的圖像數(shù)據(jù)寫進(jìn)SRAM中，同時(shí)對內(nèi)部的圖像計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，這個(gè)過程中要在HREF為高電平的時(shí)候進(jìn)行存儲(chǔ)；當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到一幀，也就是153 600 B的時(shí)候結(jié)束采集的過程，并更改相應(yīng)的控制信號，準(zhǔn)備USB的操作信號，進(jìn)行FPGA對USB芯片的控制，將SRAM當(dāng)中的一幅完整的圖像能過USB傳至USB當(dāng)中，整個(gè)采集與傳送的狀態(tài)流程如圖5所示。

4．2 FPGA對USB芯片的控制
在FPGA完成了一幅圖像的采集并將圖像的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在片外的SRAM當(dāng)中以后，接下來要做的事情就是將所存儲(chǔ)的圖像傳給USB芯片，這個(gè)過程當(dāng)中，F(xiàn)PGA要控制SRAM的寫信號，同時(shí)使能數(shù)據(jù)總線的方向?yàn)檩敵龇较?。FPGA對USB的寫首先是花費(fèi)一個(gè)CLK的時(shí)間從SRAM當(dāng)中取出一個(gè)數(shù)據(jù)，之后在第2個(gè)CLK時(shí)間內(nèi)判斷它的端點(diǎn)滿標(biāo)志，如果USB端點(diǎn)已經(jīng)滿了，則等待，如果非滿，則拉低寫信號使能信號同時(shí)地址計(jì)數(shù)器加1，返回上一個(gè)取數(shù)據(jù)的狀態(tài)繼續(xù)取下一個(gè)數(shù)據(jù)，直到傳完一幅圖片，之后返回初始的狀態(tài)重新等新的一幀開始信號的到來。